[发明专利]灵敏度可调谐的基于谐振腔干涉结构的声波传感器

说明书

本发明提出了一种灵敏度可调谐的基于谐振腔干涉结构的声波传感器，本发明通过热锁模的方法，将激光器输出中心频率锁定到参考谐振腔的透射谱线1/2位置，锁定后的信号经分束器送入传感器系统的干涉结构中，该信号经分路器分为两路，下一路经过由磁致伸缩材料实现的相位调制结构到达耦合器，上一路通过分路器和两个分路器构成两个用于干涉的谐振腔，其中上方的传感谐振腔接入用于声波检测的压电陶瓷换能器，这两个用于干涉的谐振腔的输出光束通过耦合器，与分路器分出的下路的光耦合出干涉结构，耦合器的中间输出端送入光电探测器，而后通过信号解调电路来处理信号，提取声波信息。该系统体积小，易集成，可进行声波信息的远程探测。

技术领域

本发明涉及的是一种灵敏度可调谐的基于谐振腔干涉结构的声波传感器。具体涉及的是由光学搭建的声波传感系统，属于光学领域。

背景技术

随着传感技术领域的发展，基于光学原理的声波传感器的应用越来越广泛。它具有极高的探测灵敏度，能抗电磁干扰的优点。如今声波传感器已经在自然灾害预警，医疗诊断，地质勘探甚至在战场上得到了广泛应用。但是随着应用场景的增多，对声波传感器的灵敏度也提出了更多的要求，如果采取灵敏度可调的系统，就能适应不同测量的需求。我们提出了一种新的声波传感器新的结构，它可以改变系统中谐振腔和磁致伸缩这两个部件的参数来调节灵敏度。并且该系统还有着不受电磁干扰、可进行远程探测，低功耗的优点，未来可能直接应用于更多情况下的声波探测。

发明内容

本发明提出了一种灵敏度可调谐的基于谐振腔干涉结构的声波传感器，主要由两部分构成，通过调节系统参数可以改变其灵敏度。

灵敏度可调谐的基于谐振腔干涉结构的声波传感器，包括伺服控制器、激光器、第一光电探测器、光纤锥、参考谐振腔、50/50分束器，1×2分路器、相位调制结构、3×3分路器、第一2×2分路器、第二2×2分路器、压电陶瓷换能器、3×3耦合器、第二光电探测器、信号解调电路；

由激光器产生的激光信号，经50/50分束器分成两路信号，其中一路信号通过光纤锥后进入参考谐振腔，参考谐振腔出来的信号通过光纤锥进入第一光电探测器，第一光电探测器捕捉对应的波长后产生的信号传递给伺服控制器，伺服控制器根据该信号的大小来调节激光器，形成一个反馈结构，将激光器输出中心频率锁定到参考谐振腔的透射谱线1/2位置，得到的锁频信号通过另一路，并由1×2分路器分为上下两路并送入传感器系统的干涉结构中，所述的干涉结构包括相位调制结构、3×3分路器、2×2分路器、2×2分路器和压电陶瓷换能器；其中下一路经过由磁致伸缩材料实现的相位调制结构到达3×3耦合器，上一路通过3×3的分路器之后通向压电陶瓷换能器、第二2×2分路器，压电陶瓷换能器的输出接第一2×2分路器，第一2×2分路器和第二2×2分路器构成的用于干涉的谐振腔；第一2×2分路器和第二2×2分路器的一个输出光束通过3×3耦合器，与相位调制结构输出的光束耦合出干涉结构；第一2×2分路器和第二2×2分路器的另一个输出光束通向3×3分路器的输入端；3×3耦合器的中间输出端信号由光纤送入第二光电探测器，而后通过信号解调电路来处理信号，提取出声波信号的频率与幅度信息。

作为优选，通过热调控的方式调节参考谐振腔的波长，从而调谐声波传感器的灵敏度；通过外加磁场，使相位调制结构改变光的相位，从而调谐声波传感器的灵敏度。

作为优选，干涉结构通过光纤构建或通过硅波导构建。

作为优选，第一光电探测器、第二光电探测器必须和光信号的调制形式、信号频率相匹配。

作为优选，所述的1×2分路器分光比为50:50，第一2×2分路器、第二2×2分路器的分光比为50:50，3×3分路器的分光比为30:40:30，3×3耦合器的分光比为20:60:20。

作为优选，谐振腔材料为二氧化硅，形状为环形腔或微球腔；谐振腔要能够支持光波传输，且在腔外表面存在倏逝波。

作为优选，光纤要保证所选波段内光信号的低损耗传输和易探测。